5 des plastiques FDM industriels les plus performants

La modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) est une technologie d'impression 3D simple et polyvalente qui utilise un matériau thermoplastique fondu pour créer une pièce finie. Au cours de ce processus, le matériau FDM thermoplastique est fondu à l'intérieur de la buse d'impression chauffée de la machine FDM, puis extrudé sur un parcours d'outil défini, couche par couche, jusqu'à ce que la pièce soit formée. Le FDM est l'un des procédés de fabrication additive les plus largement utilisés disponibles aujourd'hui.

Une idée fausse courante est que FDM ne peut être utilisé que pour le prototypage et la modélisation 3D. En fait, le FDM est souvent utilisé pour créer des pièces hautes performances de qualité industrielle dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de la robotique et de l'électronique. Les exemples courants incluent les composants intérieurs d'avions, les pièces de rechange pour les voitures et les gabarits et accessoires de qualité industrielle. La fabrication de ces pièces hautes performances ne serait pas possible sans l'utilisation de plastiques hautes performances. Voici tout ce que vous devez savoir sur cinq des matériaux les plus performants utilisés dans le processus FDM.

1. ULTEM® PEI

ULTEM®, le nom de marque du polyétherimide (PEI), est un incontournable de l'industrie manufacturière depuis plus de 30 ans et reste l'une des rares résines thermoplastiques amorphes disponibles dans le commerce spécialement conçues pour résister à des conditions extrêmes. Stable et léger, ce matériau plastique FDM peut résister à des températures supérieures à 217°C pendant de longues périodes et rester stable dans des températures fluctuantes. De plus, il est intrinsèquement ignifuge et produit un minimum de fumée.

Les spécifications mécaniques d'ULTEM incluent :

• Résistance à la traction à la rupture (73 °F) :15 200 psi
• Résistance à la flexion (73 °F) :22 000 psi
• Élongation à la rupture (73 °F) :60 %
• Point de fusion :426 °F

En raison de sa résistance et de sa durabilité, ULTEM® est souvent utilisé pour des applications industrielles hautes performances telles que les cartes de circuits imprimés et les équipements de préparation et de stérilisation des aliments. De plus, comme il résiste à la fissuration lorsqu'il entre en contact avec des graisses, des huiles, des alcools, des acides et d'autres solutions aqueuses, ULTEM® est idéal pour les applications automobiles et les pièces d'avion.

Vous pouvez trouver ULTEM® dans les composants de transmission, les pare-feu, les housses de siège d'avion, etc. Malgré tous ses atouts, les équipes produits doivent savoir que ce matériau FDM est très coûteux et susceptible de se fissurer en présence de solvants chlorés polaires.

2. Nylon 6

Les nylons sont une famille de thermoplastiques techniques hautes performances connus pour offrir une excellente résistance et rigidité sans compromettre les performances d'impact. Ce matériau FDM peut être combiné avec une large gamme d'additifs différents pour obtenir certaines propriétés chimiques et mécaniques, ce qui le rend extrêmement polyvalent et applicable à de nombreux cas d'utilisation différents. Le nylon 6, un filament transformable et hautement élastique, est particulièrement bien adapté aux applications FDM industrielles.

Le nylon 6 a une résistance élevée à haute température, une bonne résistance aux chocs à basse température et une bonne résistance à la fatigue. De plus, ses fibres de surface lisses et semblables à du verre offrent une résistance à l'abrasion exceptionnelle. Les applications courantes incluent les cordons industriels, les moulages électriques, les composants du système d'alimentation en carburant et les remplacements de roulements ou de bagues métalliques. Les spécifications mécaniques du nylon 6 non renforcé incluent :

• Résistance à la traction :76 MPa
• Résistance à la flexion :110 MPa
• Dureté :116, Rockwell R
• Température de fusion :220 °C (428 °F)

3. Acrylonitrile butadiène styrène (ABS)

L'ABS est un thermoplastique technique haute performance solide, rigide et résistant aux chocs. Les ingénieurs et les équipes de produits aiment travailler avec ce matériau car il reste mécaniquement solide et stable dans le temps, sans compromettre la maniabilité. L'ABS est très soudable et facile à traiter à l'aide de machines standard, et sa basse température de fusion le rend particulièrement bien adapté au traitement sur une machine FDM. Les concepteurs apprécient la luminosité de surface élevée et l'excellent aspect de surface de l'ABS.

Les spécifications mécaniques de l'ABS incluent :

• Élongation à la rupture :10 - 50 %
• Résistance à la traction à la rupture :29,8 à 43 MPa
• Résistance à la traction à la limite d'élasticité :29,6 à 48 MPa
• Module de flexion :1,6 à 2,4 GPa

Néanmoins, ce matériau plastique FDM a ses inconvénients. Même si l'ABS résiste à l'abrasion et aux chocs, il résiste mal aux intempéries et se raye facilement. Il a également une faible résistance aux solvants vis-à-vis des cétones et des esters. Certaines graisses provoquent une fissuration sous contrainte de l'ABS. Si vous pouvez contourner ces points douloureux, vous vous retrouverez avec un matériau FDM solide pour les applications industrielles. Les utilisations courantes incluent les raccords de tuyauterie, les pièces automobiles et les boîtiers électroniques.

4. Polycarbonate (PC)

Le polycarbonate est une résine thermoplastique amorphe haute performance de qualité technique. Plus résistant que le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) et plus rigide que le nylon, ce plastique FDM est durable et connu pour conserver sa coloration et sa résistance dans le temps et dans des conditions stressantes.

Le PC est léger, résistant à l'abrasion, intrinsèquement ignifuge et thermiquement stable jusqu'à 135°C. Il est également résistant aux acides dilués, aux hydrocarbures aliphatiques et aux alcools. Cependant, il convient de noter que le PC est sensible aux nettoyants alcalins abrasifs et aux hydrocarbures aromatiques et halogénés.

Du point de vue de la conception, le PC offre également aux concepteurs une grande flexibilité. Ce matériau est hautement transparent, peut transmettre 90% de la lumière ainsi que le verre, et le polycarbonate transparent a un indice de réfraction de 1,584. Les feuilles de PC sont également disponibles dans une variété de teintes différentes qui conviendront à toutes les esthétiques. Pour que le matériau transparent FDM reste limpide, les concepteurs doivent surveiller le jaunissement après une exposition prolongée à la lumière UV. Les applications courantes de ce matériau FDM incluent les casques de sécurité, le verre pare-balles, les lentilles de phares de voiture, les dispositifs médicaux et les composants électriques.

Les spécifications mécaniques du polycarbonate incluent :

• Résistance à la traction :9 500 psi
• Module de flexion :345 000 psi
• Température de déflexion thermique à 264 psi :270 °F
• Coefficient de dilatation thermique linéaire :3,8 pouces/pouces/°Fx10-5

5. Polyphénylsulfone (PPSF)

Comme le polycarbonate, le PPSF est un matériau FDM résistant, transparent et intrinsèquement ignifuge. Avec une température de déflexion thermique de 274 °C et une température d'utilisation continue de 260 °C, le PPSF est idéal pour les pièces en plastique hautes performances qui seront utilisées dans des environnements à haute température tels que les disjoncteurs et les intérieurs d'avions.

Le PPSF a également de bonnes propriétés isolantes électriques et diélectriques, une résistance élevée aux rayons gamma et un très faible taux d'absorption d'eau. Ce matériau est également physiologiquement inerte, il convient donc au contact alimentaire.

Les spécifications mécaniques incluent :

• Résistance à la rupture :75,8 à 76 MPa
• Élongation à la rupture :30 à 90 %
• Module de flexion :2,38 à 2,41 GPa
• Résistance diélectrique :14,2 – 20 kV/mm

Il convient de noter que le PPSF, comme ULTEM®, peut être d'un coût prohibitif pour certaines équipes de produits. De plus, sa faible clarté peut restreindre certains paramètres de conception.

Choisir les bons plastiques FDM pour votre prochain projet

La modélisation par dépôt de fil fondu est un processus de fabrication additive polyvalent bien adapté au prototypage, à la modélisation et aux pièces hautes performances de qualité industrielle. L'ULTEM® (PEI), le nylon, l'ABS, le polycarbonate et le PPSF sont tous des matériaux d'impression 3D FDM qui ont la force et la résistance à la chaleur pour résister à une gamme d'applications hautes performances dans de nombreux secteurs.

Pourtant, ces cinq matériaux d'impression FDM ne sont que la pointe de l'iceberg. Il existe de nombreux autres plastiques hautes performances parmi lesquels choisir et il est facile pour les équipes de produits de se laisser submerger par une multitude d'options. Travailler avec un partenaire de fabrication expérimenté facilite grandement la sélection des matériaux FDM.

L'équipe Fast Radius a des années d'expérience dans les technologies d'impression 3D, y compris l'impression 3D FDM. Notre équipe de concepteurs, d'ingénieurs et de technologues chevronnés peut vous aider à choisir le matériau plastique FDM parfait pour votre prochain projet et vous aider à optimiser le cycle de vie complet du développement du produit. Contactez-nous dès aujourd'hui pour commencer.

Pour savoir quand utiliser le FDM et d'autres technologies de fabrication additive, visitez le centre de ressources Fast Radius.

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